CN113619760B - 一种大功率调距桨装置的小范围螺距控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种大功率调距桨装置的小范围螺距控制方法，在调距桨控制器中除了分别设置正倒车PID参数外，还针对大功率调距桨装置的特性设置三个参数，分别是：正车调距刹车门限值TH1、倒车调距刹车门限值TH2、比例阀控制信号输出限值A，通过合理调整在原有PID运算的基础上增加的正车调距刹车门限值TH1、倒车调距刹车门限值TH2和比例阀控制信号输出限值A，能将大功率调距桨调整至最佳的状态。本发明通过在原有PID算法的基础上增加正车调距刹车门限值TH1、倒车调距刹车门限值TH2和比例阀控制信号输出限值A这三个参数，解决了大功率调距桨装置在小范围螺距调节过程中易出现的超调、响应速度慢等问题。

Description

一种大功率调距桨装置的小范围螺距控制方法
技术领域
本发明涉及一种船舶动力推进系统调距桨装置，尤其是一种用于大功率调距桨装置的小范围螺距控制方法。
背景技术
调距桨装置作为船舶动力系统的核心装备，能显著提高船舶的操纵性能及船、机、桨匹配效率，因而广泛应用于军、民用船舶领域。
如图1所示，一般功率的调距桨装置在进行闭环调距时，控制逻辑是：大范围螺距调节时，为了实现快速调距的目的，系统采用控制比例阀开度的同时，电磁换向阀同时动作，油路全部打开，液压泵排出的压力油进入桨毂油缸实现大螺距变化；在进行小范围螺距调节时，系统将电磁换向阀关闭，采用比例阀单独控制的方式，在这个闭环调距的过程中，比例阀阀芯的开度完全由PID计算的输出值决定。
随着调距桨装置功率的变大，原有的简单PID控制算法不能满足大功率调距桨装置大流量、大惯性的特征，因此需要研究出一种专门针对大功率调距桨装置的小范围螺距控制方法，这对于提高大功率调距桨装置的工作的稳定性，同时保证船舶的机动性具有重要意义。
发明内容
针对大功率调距桨装置大流量、大惯性的特点，本发明提出一种大功率调距桨装置的小范围螺距控制方法，用于解决大功率调距桨装置在小范围螺距调节过程中易出现的超调、响应速度慢等问题。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种大功率调距桨装置的小范围螺距控制方法，在调距桨控制器中除了分别设置正倒车PID参数外，还针对大功率调距桨装置的特性设置三个参数，分别是：正车调距刹车门限值TH1、倒车调距刹车门限值TH2、比例阀控制信号输出限值A，通过合理调整在原有PID运算的基础上增加的正车调距刹车门限值TH1、倒车调距刹车门限值TH2和比例阀控制信号输出限值A，能将大功率调距桨调整至最佳的状态。
进一步，所述调距桨控制器采用的PID控制的计算公式为△＝KP/10*error+KI/10*sum_(error/10)+KD*d_error，其中，△是控制比例阀的参数，范围是-100～100，error是螺距指令和当前实际螺距的差值，sum_(error/10)是误差的累积值，d_error是当前循环的error减上个循环的error。
进一步，在闭环控制时，以正车调距为例，当螺距指令-螺距反馈＞正车调距刹车门限值TH1时，比例阀阀芯的位置完全由PID计算的输出值△决定；当0＜螺距指令-螺距反馈＜正车调距刹车门限值TH1时，△置零，此时调距桨控制器通过比例阀放大板控制比例阀的阀芯回到中位，但由于大功率调距桨的流量较大，比例阀阀芯回中位的过程中仍有一部分液压油流过比例阀经双油管驱动了桨毂活塞，导致桨叶螺距的变化，需适当控制正车调距刹车门限值TH1的值就相当于控制关闭比例阀阀芯时流过的液压油，从而控制正车调距结束时的刹车距离，使螺距恰好能调整到螺距指令附近。
进一步，以倒车调距为例，当螺距指令-螺距反馈＜倒车调距刹车门限值TH2时，比例阀阀芯的位置完全由PID计算的输出值△决定；当倒车调距刹车门限值TH2＜螺距指令-螺距反馈＜0时，△置零，此时控制器通过比例阀放大板控制比例阀阀芯回到中位，适当控制倒车调距刹车门限值TH2的值就相当于控制倒车的刹车距离，使螺距刚好能调整到螺距指令附近。
进一步，为了提高系统的响应速度，设置比例阀控制信号输出限值A，即当PID计算的输出值的绝对值|△|≤比例阀控制信号输出限值A时，取|△|＝比例阀控制信号输出限值A，这样能保证比例阀的最小开口比例不小于A％，调距桨液压系统能快速建立压力，以实现螺距快速跟随响应的能力。
本发明的有益效果是：
本发明通过在原有PID算法的基础上增加正车调距刹车门限值TH1、倒车调距刹车门限值TH2和比例阀控制信号输出限值A这三个参数，解决了大功率调距桨装置在小范围螺距调节过程中易出现的超调、响应速度慢等问题。
附图说明
图1是一般功率调距桨装置控制逻辑示意图；
图2是本发明的大功率调距桨装置控制逻辑示意图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
如图2所示，本发明的适用于大功率调距桨装置在针对小范围螺距调节时的控制方法，在调距桨控制器中除了分别设置正倒车PID参数外，还针对大功率调距桨装置的特性设置三个参数，分别是：正车调距刹车门限值TH1、倒车调距刹车门限值TH2、比例阀控制信号输出限值A，通过合理调整在原有PID运算的基础上增加的正车调距刹车门限值TH1、倒车调距刹车门限值TH2和比例阀控制信号输出限值A，能将大功率调距桨调整至最佳的状态。
调距桨控制器采用的PID控制的计算公式为△＝KP/10*error+KI/10*sum_(error/10)+KD*d_error，其中，△是控制比例阀的参数，范围是-100～100，error是螺距指令和当前实际螺距的差值，sum_(error/10)是误差的累积值，d_error是当前循环的error减上个循环的error。
在闭环控制时，以正车调距为例，当螺距指令-螺距反馈＞TH1时，比例阀阀芯的位置完全由PID计算的输出值△决定；当0＜螺距指令-螺距反馈＜TH1时，△置零，此时控制器通过比例阀放大板控制比例阀的阀芯回到中位，但由于大功率调距桨的流量较大，比例阀阀芯回中位的过程中仍有一部分液压油流过比例阀经双油管驱动了桨毂活塞，导致桨叶螺距的变化。因此适当控制TH1的值就相当于控制关闭比例阀阀芯时流过的液压油，从而控制正车调距结束时的刹车距离，使螺距恰好能调整到螺距指令附近。
以倒车调距为例，当螺距指令-螺距反馈＜TH2时，比例阀阀芯的位置完全由PID计算的输出值△决定；当TH2＜螺距指令-螺距反馈＜0时，△置零，此时控制器通过比例阀放大板控制比例阀阀芯回到中位，适当控制TH2的值就相当于控制倒车的刹车距离，使螺距刚好能调整到螺距指令附近。
同时，为了提高系统的响应速度，设置了比例阀控制信号输出限值A，即当PID计算的输出值的绝对值|△|≤A时，取|△|＝A。这样保证了比例阀的最小开口比例不小于A％，调距桨液压系统能快速建立压力，以实现螺距快速跟随响应的能力。在实际螺距控制时，A值也不能过大，否则容易造成超调引起系统振荡，因此需根据实船状态合理地调整A的数值。

Claims (1)

1.一种大功率调距桨装置的小范围螺距控制方法，其特征在于：在调距桨控制器中除了分别设置正倒车PID参数外，还针对大功率调距桨装置的特性设置三个参数，分别是：正车调距刹车门限值TH1、倒车调距刹车门限值TH2、比例阀控制信号输出限值A，通过合理调整在原有PID运算的基础上增加的正车调距刹车门限值TH1、倒车调距刹车门限值TH2和比例阀控制信号输出限值A，能将大功率调距桨调整至最佳的状态；所述调距桨控制器采用的PID控制的计算公式为△＝KP/10*error+KI/10*sum_(error/10)+KD*d_error，其中，△是控制比例阀的参数，范围是-100～100，error是螺距指令和当前实际螺距的差值，sum_(error/10)是误差的累积值，d_error是当前循环的error减上个循环的error；在闭环控制时，以正车调距为例，当螺距指令-螺距反馈＞正车调距刹车门限值TH1时，比例阀阀芯的位置完全由PID计算的输出值△决定；当0＜螺距指令-螺距反馈＜正车调距刹车门限值TH1时，△置零，此时调距桨控制器通过比例阀放大板控制比例阀的阀芯回到中位，但由于大功率调距桨的流量较大，比例阀阀芯回中位的过程中仍有一部分液压油流过比例阀经双油管驱动了桨毂活塞，导致桨叶螺距的变化，需适当控制正车调距刹车门限值TH1的值就相当于控制关闭比例阀阀芯时流过的液压油，从而控制正车调距结束时的刹车距离，使螺距恰好能调整到螺距指令附近；以倒车调距为例，当螺距指令-螺距反馈＜倒车调距刹车门限值TH2时，比例阀阀芯的位置完全由PID计算的输出值△决定；当倒车调距刹车门限值TH2＜螺距指令-螺距反馈＜0时，△置零，此时控制器通过比例阀放大板控制比例阀阀芯回到中位，适当控制倒车调距刹车门限值TH2的值就相当于控制倒车的刹车距离，使螺距刚好能调整到螺距指令附近；为了提高系统的响应速度，设置比例阀控制信号输出限值A，即当PID计算的输出值的绝对值|△|≤比例阀控制信号输出限值A时，取|△|＝比例阀控制信号输出限值A，这样能保证比例阀的最小开口比例不小于A％，调距桨液压系统能快速建立压力，以实现螺距快速跟随响应的能力。
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